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设计模式

为什么我们需要设计模式

有一类问题会在软件设计中反复出现，我们能够提出一种抽象的方法来解决这类问题，这就是设计模式。

设计模式的七大原则

  • 单一职责原则
  • 接口隔离原则
  • 依赖反转原则
  • 里氏替换原则
  • 开闭原则
  • 迪米特法则
  • 合成复用原则

23种设计模式

5个创建型

  • 单例模式
  • 工厂模式
  • 抽象工厂模式
  • 原型模式
  • 建造者模式

7个结构性

  • 适配器模式
  • 桥接模式
  • 装饰者模式
  • 组合模式
  • 外观模式
  • 享元模型
  • 代理模式

11个行为型

  • 模版方法模式
  • 命令模式
  • 访问者模式
  • 迭代器模式
  • 观察者模式
  • 中介者模式
  • 备忘录模式
  • 解释器模式
  • 状态模式
  • 策略模式
  • 责任链模式

单一职责原则

一个类只管一个职责。

例子1

如果我们创建了交通工具类，他掌管着很多工具，汽车、飞机、轮船，显然我们不适合让一个类来管理这么多种交通工具，这样导致职责太多，也不适合分别为这三种交通工具建立3个类，这样导致修改过多，正确的做法是创建三个函数，来分别管理他们。

例子2

又如我们有树、链表、数组，我们要便利他们，你肯定不适合创建一个类，一个函数来遍历。应该是一个类三个函数分别遍历树、链表、数组
但是如果这种方法级的单一职责原则导致类过于庞大，应该考虑到使用类级的单一职责原则。

这样可以降低类的复杂度,提高可读性，降低变更的风险。

接口隔离原则

将类之间的依赖降低到最小的接口处。

例子1

接口interface有5个方法，被类B和类D实现，被类A和类C依赖，但是A使用B只依赖接口123，C使用D只依赖接口145，这就导致了你的B多实现了4、5两个方法，D多实现了2、3两个方法。我们应该把interface拆分成3个，1，23，45，B实现1和23，D实现1和45。

例子2

比方说你有一个数组类和一个链表类，都实现了一个接口类，这个接口包含插入、删除、遍历、反转、排序，然后你有一个数组操作类，他只用到了插入删除遍历排序，还有一个链表操作类，他只用到了插入删除遍历反转，这个设计就很糟糕。

你应该创建3个接口，第一个为插入删除遍历，第二个为反转，第三个为排序，让数组实现第一个接口和最后一个接口，让链表实现第一个接口和第二个接口。

依赖反转原则

高层模块不应该依赖底层模块，他们都应该依赖其抽象，抽象不应该依赖具体，具体应该依赖抽象，因为具体是多变的，抽象是稳定的。

例子1

有一个email类，一个person类，person接受邮件的时候要将email作为函数参数来实现，这就导致person依赖email，这很糟糕，万一需求变了，来了个微信类，来了个QQ类，来了个钉钉类，你岂不是要实现一堆person的方法？

你应该设计一个接受者接口，让其作为接受者接口的实现，让person依赖接受者这个接口。

例子2

有一个数组类和一个操作类，操作类需要操作数组的首个元素，我们将数组类作为操作类的函数的参数，这很糟糕，万一需求变了，要求操作链表怎么办？

我们应该定义一个容器接口，让数组类实现它，对于操作类，我们只需要将容器接口作为参数即可，如果需求变化，加入了链表类，也不会导致大量的修改，非常稳定。

里氏替换原则

子类能够替换父类，并不产生故障，子类不要重写父类的方法。如果不能满足就不要这样继承。

例子1

做了一个减法类，然后让另外一个加法类继承减法类，重写了减法类的方法为加法。你觉得这样合适吗？你应该定一个更加基础的类，让加法类和减法类都继承它。

例子2

做了一长方形类，有个函数叫返回面积，让正方形类继承了长方形类，有个主类先定义了长为2，宽为2的长方形，然后让长扩大4倍，就成了82，如果你用正方形类来替换长方形类的位置，扩大4被以后面积成了88，这很糟糕，应该让长方形继承正方形。

开闭原则

一个模块和函数应该对扩展开放，对修改关闭。

就是说我们尽量去扩展原有的功能，而不是修改功能。另一方面源代码应该允许扩展。

例子

有一个数组、链表，有一个排序类，我们让排序类去对数组和链表排序，这个也不是很好，如果我们加入了双端数组，则需要修改排序类。

正确的方法是将排序作为一个成员方法来实现，即在基类中就定义一个排序的虚函数。

迪米特法则

一个类和其他类个关系越少越好。

例子

有类A，B，C，其中B是A的成员，C是B的成员，下面是这个糟糕的例子

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class C {
 public:
  void f() {}
};
class B {
 public:
  C c;
};
class A {
  B b;
  void doing_some_thing() { b.c.f(); }
};
int main() {}

这里注意到b.c.f();这里导致了A和C扯上了关系，正确的做法应该是在B中声明函数cf();

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class C {
 public:
  void f() {}
};
class B {
 public:
  C c;
  void cf() {}
};
class A {
  B b;
  void doing_some_thing() { b.cf(); }
};
int main() {}

现在A就和C没关系了。

合成复用原则

尽量使用合成而不是继承。

说的就是让一个类的对象做另外一个类的成员变量。

单例模式

单例模式的类，只允许出现一个对象。

饿汉式

构造函数私有化,在内部之间final，new创建自己或者使用静态代码块new，提供静态方法访问。

简单，避免线程同步，在类装载的时候实例化，没有达到懒加载，可能造成内存浪费。

线程不安全的懒汉式

构造函数私有化，在内部创建自己的引用，设为空值，提供静态方法调用，在静态方法中有选择性地new自己。

简单，线程不安全，达到了懒加载效果。

线程安全的懒汉式

在if中进行同步操作，在同步中进行if最后new,注意使用volatile。

简单，线程安全。

静态内部类

字面意思，很强，懒加载，因为类只会加载一次，所以线程安全，这个写法最优秀。

枚举方式

用枚举类型将类导入。

工厂模式

设计一个工厂类，包含一个函数，返回指定类型

工厂方法模式

我们让原先的工厂作为基类，让多个工厂继承他，这就成为了工厂方法模式，比方说最开始的时候我们有多种口味的🍕，我们使用工厂模式完成了，现在来了新的需求，要求有多个地方的🍕，这时候我们就使用继承。为每个地理位置创建一个工厂。

抽象工厂模式

考虑工厂方法模式，让工厂的父类作为接口即可。

原型模式

用原型实例来拷贝另一个对象，java中为.clone()，c++中为=。

深拷贝前拷贝

是否拷贝指针指向的内容。

建造者模式

将复杂对象的建造方式抽象出来，一步一步抽象的建造出来。

产品

创建的产品对象。

抽象建造者

指定建造流程。

具体建造者

实现抽象建造者。

指挥者

隔离客户和对象的生产过程，控制产品对象的生产过程。

建房子

比方你现在要建造一个房子，你需要打地基，砌墙，封顶，你可以建造矮房子，也可以建造高房子，现在你就可以使用建造者模式，房子是产品，建造者能打地基，砌墙，封顶，房子组合为建造者，建造者聚合指挥者，我们依赖指挥者。

StringBuilder

Appendable是抽象建造者，AbstractStringBuilder为建造者，不能实例化，StringBuild为指挥者和具体建造者，但是是由AbstractStringBuilder建造的。

适配器模式

将一个类的接口转化为用户可以使用的接口，如c++的queue和stack为deque的适配器

类适配器

一般为继承，一个类继承了另外一个类，通过简化接口，达到适配的效果

对象适配器

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